Högupplöst simulering av en galax som är värd för en superlysande supernova och dess kaotiska miljö i det tidiga universum. Kredit: Adrian Malec och Marie Martig (Swinburne University)
Några av de tidigaste stjärnorna var massiva och kortlivade, avsedda att avsluta sina liv i enorma explosioner. Astronomer har upptäckt några av de tidigaste och mest avlägsna av dessa exploderande stjärnor, kallade 'super-lysande' supernovaer - stjärnexplosioner 10–100 gånger ljusare än andra supernovatyper. Duon sätter rekord för den mest avlägsna supernova som hittills upptäckts och ger ledtrådar om det mycket tidiga universum.
"Ljuset från dessa supernovaer innehåller detaljerad information om universums barndom, vid en tidpunkt då några av de första stjärnorna fortfarande kondenserar ur väte och helium bildat av Big Bang," sa Dr. Jeffrey Cooke, en astrofysiker från Swinburne University of Technology i Australien, vars team gjorde upptäckten.
Teamet använde en kombination av data från Kanada-Frankrike-Hawaii-teleskopet och Keck 1-teleskopet, båda belägna på Hawaii.
"Den typ av supernovaer vi hittat är extremt sällsynta," sade Cooke. ”Faktum är att bara en har upptäckts före vårt arbete. Denna speciella typ av supernova är resultatet av en mycket massiv stjärns död (cirka 100 - 250 gånger massan av vår sol) och exploderar på ett helt annat sätt jämfört med andra supernovaer. Att upptäcka och studera dessa händelser ger oss observationsexempel för att bättre förstå dem och kemikalierna som de matar ut i universum när de dör. ”
Super-lysande supernovaer upptäcktes för bara några år sedan och är sällsynta i det närliggande universum. Deras ursprung är inte väl förstått, men en liten del av dem tros förekomma när extremt massiva stjärnor, 150 till 250 gånger massivare än vår sol, genomgår en kärnkraftsexplosion utlöst av omvandlingen av fotoner till elektron-positronpar. Denna process är helt annorlunda jämfört med alla andra typer av supernovaer. Sådana händelser förväntas ha inträffat oftare i det tidiga universum, då massiva stjärnor var vanligare.
Detta, och den extrema ljusstyrkan i dessa händelser, uppmuntrade Cooke och kollegor att söka efter super-lysande supernovaer vid rödförskjutningar, z, större än 2, när universum var mindre än en fjärdedel av sin nuvarande ålder.
"Vi använde LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) på Keck I för att få den djupa spektroskopin för att bekräfta värdens rödförskjutningar och för att söka efter sent utsläpp från supernovorna," sa Cooke. ”De första upptäckterna hittades i CFHT Legacy Survey Deep-fälten. Ljuset från supernovaerna kom hit på jorden för 4 till 6 år sedan. För att bekräfta deras avstånd måste vi få ett spektrum av deras värdgalaxier som är mycket svaga på grund av deras extrema avstånd. Den stora öppningen av Keck och den höga känsligheten hos LRIS gjorde detta möjligt. Dessutom har vissa supernovaer tillräckligt ljusa utsläppsfunktioner som kvarstår i flera år efter att de exploderar. Den djupa Keck-spektroskopin kan upptäcka dessa linjer som ett ytterligare sätt att bekräfta och studera. ”
Cooke och medarbetare sökte genom en stor volym av universum vid z större än eller lika med 2, och hittade två superlysande supernovaer, vid rödförskjutningar på 2,05 och 3,90 - vilket bryter den tidigare supernova-redshiftrekorden på 2,36 och antydde en produktion hastigheten för superljusande supernovaer vid dessa rödförskjutningar minst 10 gånger högre än i det närliggande universum. Även om spektra för dessa två föremål gör det osannolikt att deras förfäder var bland den första generationen stjärnor, tyder de nuvarande resultaten på att detektering av dessa stjärnor kanske inte är långt från vårt grepp.
Att upptäcka de första stjärnorna tillåter oss mycket större förståelse för de första stjärnorna i universum, sa Cooke.
"Strax efter Big Bang fanns det bara väte och helium i universum," sade han. ”Alla andra element som vi ser runt oss idag, som kol, syre, järn och kisel, tillverkades i kärnorna i stjärnorna eller under supernovaexplosioner. De första stjärnorna som bildades efter Big Bang lägger ramen för den långa processen att berika universum som så småningom producerade den mångfaldiga uppsättningen av galaxer, stjärnor och planeter vi ser runt oss idag. Våra upptäckter undersöker en tidig tid i universum som överlappar den tid vi förväntar oss att se de första stjärnorna. ”
Källor: Keck Observatory, Nature
